輪胎熱裂解工藝綜述

秦承歡

摘 要：廢舊輪胎熱解工藝成熟、適用面廣，所得裂解產(chǎn)品可作為化工原材料再次利用。本文主要介紹了國(guó)內(nèi)外主流廢舊輪胎熱裂解工藝，并對(duì)廢舊輪胎熱裂解技術(shù)的前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：廢舊輪胎； 回收利用； 熱裂解

中國(guó)是世界上第二大輪胎生產(chǎn)國(guó)，每年輪胎的報(bào)廢率在6%～8%之間，如果回收處理不當(dāng)，廢舊輪胎將成為新的固體廢棄物污染源。廢舊輪胎回收再利用的方法主要包括以下：輪胎翻新、生產(chǎn)膠粉、再生膠及熱裂解等。熱裂解技術(shù)是指廢舊輪胎在無氧或惰性氣體環(huán)境下加熱至適當(dāng)?shù)臏囟龋缮扇剂嫌汀⑻亢凇摻z和可燃性氣體，產(chǎn)物具有較高的附加值。在理論上廢舊輪胎熱裂解技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢(shì)，雖然在目前輪胎熱裂解技術(shù)并不是輪胎再生利用的主流工藝，但是因其獨(dú)有的對(duì)廢舊輪胎“吃干榨盡”的處理方式，對(duì)廢舊資源能夠充分利用，其發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

在90年代，國(guó)內(nèi)外高校都先后開展了廢舊輪胎熱裂解技術(shù)的理論研究，但都未形成商業(yè)化應(yīng)用。有別于國(guó)外的情況是，進(jìn)入2000年以來，在高油價(jià)和油荒雙重效應(yīng)的影響下，催生了廢輪胎土法煉油行業(yè)以及配套的設(shè)備供應(yīng)鏈。在國(guó)家嚴(yán)厲監(jiān)管的背景下，土法煉油設(shè)備制造企業(yè)也開始對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，向大規(guī)模、連續(xù)化、重視工藝、環(huán)保和自動(dòng)化的方向發(fā)展，逐漸發(fā)展成為輪胎熱裂解工藝。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外幾種輪胎熱裂解工藝進(jìn)行了綜述，以期促進(jìn)我國(guó)廢舊輪胎熱解技術(shù)的完善和發(fā)展。

國(guó)內(nèi)主要技術(shù)介紹：

工藝一：低溫催化熱裂解技術(shù)

低溫催化熱裂解技術(shù)是指在常壓下無氧（貧氧）條件下，加入催化劑的橡膠塊在反應(yīng)器中裂解裂化而完成的，裂解裂化的溫度為350～550℃。催化劑使得橡膠塊在低溫時(shí)裂解得較為徹底，由于溫度較低使得橡膠的碳鏈裂解得到了很好的控制，裂解的比較均勻得到了更多的低碳鏈產(chǎn)物，使油品的脫出率高，且廢氣產(chǎn)生量小，能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。[1]

工藝二：低溫熔鹽熱裂解技術(shù)

低溫熔鹽熱裂解技術(shù)是將物料在495±5℃的低溫、0 .01-0 .1MPa范圍內(nèi)的負(fù)壓條件下裂解，加熱設(shè)備采用反應(yīng)釜，熱源為熔鹽載熱。該項(xiàng)工藝設(shè)備的裂解參數(shù)控制精準(zhǔn)，裂解溫度±5℃，裂解壓力±200Pa，裂解時(shí)間±5分鐘，裂解充分，炭黑揮發(fā)分低、流動(dòng)性好。[2]

工藝三：無催化連續(xù)式蒸汽裂解工藝

該工藝裂解爐被包含在一個(gè)燃燒室中，燃燒室熱源由燃燒爐提供，燃燒室內(nèi)溫度控制在700～1000℃，裂解爐內(nèi)溫度控制在350～550℃。工藝的最大特點(diǎn)是，過熱蒸汽產(chǎn)生器被纏繞在裂解爐外壁，可以在不附加熱源的情況下一并加熱過熱蒸汽產(chǎn)生器和裂解爐。此外過熱蒸汽產(chǎn)生器除與一個(gè)外接的蒸汽來源相連通，更與裂解爐內(nèi)部連通，使裂解爐內(nèi)在有蒸汽流存在的條件下降低爐內(nèi)氣體壓力防止爆炸，更能使硫份溶于蒸汽中，并隨蒸汽帶出，降低產(chǎn)物中含硫量。[3]

工藝四：無催化傳統(tǒng)熱裂解與微波裂解結(jié)合

傳統(tǒng)熱裂解與微波裂解結(jié)合工藝是將廢舊橡膠依次送入微負(fù)壓、無氧或貧氧環(huán)境的低溫?zé)崃呀馐摇⒏邷責(zé)崃呀馐摇⑽⒉呀馐摇Ｆ渲校瑥U舊橡膠在低溫?zé)崃呀馐抑刑幱?00～400℃環(huán)境下進(jìn)行熱裂解，在高溫?zé)崃呀馐抑刑幱?00～800℃環(huán)境下進(jìn)行熱裂解，在微波裂解室中處于500～800℃環(huán)境下進(jìn)行微波裂解，各室用一條輸送帶串聯(lián)，廢橡膠分別在低溫?zé)峤馐摇⒏邷責(zé)峤馐液臀⒉峤馐抑袩峤?0～30分鐘。廢橡膠在低溫?zé)峤馐液透邷亓呀馐抑械牧呀獬潭炔煌罱K在微波熱解室內(nèi)實(shí)現(xiàn)100%全部裂解。裂解過程中產(chǎn)生的裂解油氣體采用微負(fù)壓技術(shù)抽出，裂解過程中產(chǎn)生的固體物同時(shí)被回收。該種工藝可以有效降低裂解過程中能源消耗，提高廢舊輪胎裂解效率和裂解炭黑質(zhì)量。[4]

工藝五：整胎間歇式和半連續(xù)式熱裂解煉油設(shè)備

整胎間歇式熱裂解設(shè)備是“土法煉油”設(shè)備的技術(shù)升級(jí)改造，即在傳統(tǒng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上更加重視污染物的控制，與可燃?xì)獾幕厥铡４祟愒O(shè)備通過過高的燃燒溫度獲得裂解后的油品，而輪胎因?yàn)檫^燒無法提取其中的炭黑。對(duì)于半連續(xù)式裂解設(shè)備，裂解爐為常見的回轉(zhuǎn)窯形式，其原料不再是整胎，而是破碎后的輪胎粉或塊，半連續(xù)是指在裂解過程中連續(xù)收集油氣，而原料還是分爐次添加。這類設(shè)備價(jià)格低廉、技術(shù)含量低，適用于小型企業(yè)投資而不適用大型投資。

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用熱裂解技術(shù)的很少，雖然有很多相關(guān)基礎(chǔ)研究，但是基于經(jīng)濟(jì)性的考慮，該技術(shù)并沒有成為廢舊輪胎循環(huán)利用的主流技術(shù)，各別企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)也只是為了獲得炭黑產(chǎn)品。國(guó)外應(yīng)用熱裂解技術(shù)生產(chǎn)炭黑技術(shù)最為成熟的是德國(guó)的Pyrolyx公司和瑞典Enviro公司，本文中對(duì)這兩個(gè)公司技術(shù)做簡(jiǎn)要介紹。

Pyrolyx公司[5]成立于2009年，2011年在荷蘭德盧內(nèi)市建立了第一條商業(yè)化裂解工廠，2017年海外首個(gè)現(xiàn)代化回收炭黑工廠在美國(guó)印第安納州特雷霍特（Terre Haute）破土動(dòng)工，建成后，年產(chǎn)能1.29萬噸回收炭黑，以及熱解油和鋼材。該公司的裂解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)連續(xù)裂解生產(chǎn)線的裂解爐結(jié)構(gòu)都不盡相同，爐內(nèi)采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的盤式結(jié)構(gòu)。整個(gè)裂解系統(tǒng)的可以精確控溫、無殘?jiān)o碳排放、可燃?xì)庋h(huán)供熱。其炭黑灰分只有12%，根據(jù)處理工藝的不同，其回收炭黑的補(bǔ)強(qiáng)性能介于N500–N700之間。

Enviro公司[6]是瑞典的回收炭黑技術(shù)和工程總包供應(yīng)商，其在瑞典？sensbruk也有自己的工廠。其采用的是半連續(xù)式技術(shù)（semi batch technology），裂解采用強(qiáng)制對(duì)流碳化工藝（CFC， Carbonization by Forced Convection），該工藝的好處是可以最大限度的控制裂解過程的溫度。裂解過程中，加熱的氣體在裂解爐內(nèi)不斷循環(huán)，直至輪胎被加熱到裂解溫度。裂解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w可以系統(tǒng)中循環(huán)利用，其核心設(shè)備裂解爐為典型管式爐，每個(gè)裂解爐年產(chǎn)可以達(dá)到6000t/a。

展望

輪胎熱裂解技術(shù)作為一種輪胎資源化利用的方式，與廢舊輪胎其他處理技術(shù)相比較而言，對(duì)資源的利用率更高，得到產(chǎn)品附加值也更高。但是同時(shí)也應(yīng)該注意的是輪胎裂解所得到的產(chǎn)品往往因其品質(zhì)低難以進(jìn)入高端市場(chǎng)，產(chǎn)品售價(jià)低廉經(jīng)濟(jì)效益較差。應(yīng)對(duì)此種情況，對(duì)輪胎裂解產(chǎn)品進(jìn)行深加工，提高品質(zhì)是輪胎裂解企業(yè)需要進(jìn)一步解決的問題。目前對(duì)裂解油深加工的方式主要是脫硫加氫、 對(duì)裂解炭黑的深加工方式是改性造粒，這些深加工的方式都可以提高裂解產(chǎn)品品質(zhì)增加效益，這也是輪胎裂解技術(shù)深度發(fā)展，提高競(jìng)爭(zhēng)力的方向。總之，熱裂解技術(shù)極大地促進(jìn)了廢輪胎的合理處理和資源再次利用，我國(guó)的廢舊輪胎熱裂解技術(shù)也在發(fā)展中進(jìn)步，前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]楚雅杰，儀垂杰，陳賀，王文明.催化裂解廢舊輪胎的試驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（15）：213-217.

[2]連續(xù)智能化熔鹽式輪胎裂解技術(shù)及裝備[J].中國(guó)輪胎資源綜合利用，2018（06）：37-38.

[3] 吳俊耀；烏南茲默·卡利特果. 連續(xù)式蒸汽裂解設(shè)備及供其使用的裂解爐 [P]. 中國(guó)專利：CN101555413，2009-10-14.

[4] 馬鐵兵；杜國(guó)棟；曾葆青；黎曉云；高永娣；吳伏立；王永金；胡廣偉；董偉. 廢舊橡膠裂解方法及系統(tǒng) [P]. 中國(guó)專利：CN108018062A，2018-05-11.

[5] http：//pyrolyx.com

[6] https：//www.envirosystems.se/en/about/technology/